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α图1 真空发生器工作原理图 真空发生器的工作原理
真空发生器主要由喷嘴和扩张管组合而成（见图1所示）。

气体一元定常等熵流动的能 收稿日期：2004-10-20
作者简介：郑欣荣（1948－），男，浙江杭州人，高级工程师，从事真空与自动化技术的科研与教学。

量方程即可压缩流体的伯努里方程[1]如
下：
const v p k k =+*-2
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ρ （1） 式中p 为压力；ρ为密度；v 为流速；
v p
c c k = ，其中C p 为定压比热，C v 为定容比热； const 为常数。

将0点的状态参数代入式（1），由于流出喷管时的流速v 0为超音速，可知该点的绝对压力p 0值很小，因而可得到所需的真空度。

在低压部S 处如果导入二次气流（G ″、P S 、T S 、v s ），高速的一次气流（G ’、P n 、Tn ）将与之混合，并交换动能，二次气流被加速，高速的混合气体通过扩张管减速，动能再次转化为压力能。

这样，若在S 处接入欲抽真空的系统，则可达到抽真空之目的。

该过程的热力学分析[2]如下：压缩空气G ′通过喷管在0处变成超音速气流，由于气流
的速度很快，而喷管的尺寸很小，故气体在喷管中流动时，来不及与外界发生热交换，可近似地看作绝热过程。

在流动过程中，气体的各种参数一般是连续变化的，摩擦的影响较小，可以忽略，因而可近似地看作是可逆过程，故该过程可近似地看作是等熵过程。

整个热力学过程可用焓—熵状态变化图表示（图2）。

图2中各点符号与图1相对应。

N 点为喷管进口状态点；O ′为假想等熵过程喷管出口点；O 为实际喷管出口状态点；3′为扩张管假想等熵过程出口状态点；3为扩张管实际出口状态点。

如一次流体从进口压力P n 经绝热膨胀后在喷管出口处压力为P 0，则出口流速v 0可由式（2）求出
（2）
式中ηn 为速度系数，一般取0.94～0.96； R 为气体常数； 图2中喷管两端的焓差为：
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)2/(v g A i n =∆ （3） 式中A 为热功当量。

假设真空口吸入压力P S 与喷管出口压力P 0相等，则混合后的流速v 1为：
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ααη10012n n n P P gRT v 图2 状态变化图 O
)1/(01ωη+=v v m （4）
式中ηm 为速度系数，一般取ηm =0.95 ~ 0.98；"'
G G =ω， 其中G ′为喷管内的一次流量，G ″为真空口处吸入的二次流量； 混合后的焓值i 1为：i
)1/()(01ωω+⨯+=s i i i （5）
扩张管出口处流速为v 3，状态点1至3过程近似可看成绝热过程，则
d d v v g A i η))(2/(2
321-=∆
（6） 式中ηd 为扩张管的效率，一般取ηd =0.6 ~ 0.8；
状态点1经等熵过程到达3′点，对应焓值i 3′为：
d i i i ∆+=13'
（7） 通过3′点的等压线P 3即为扩张管出口的压力，实际出口状态点3的焓值为：
d d i i i η/13∆+=
（8）
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